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来自罗切斯特大学和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员利用实验和锆石化学建立了更精确的流体计算机模型，这些流体充当了从地球内部到地球表面的通道。这些模型使研究人员能够模拟大约40亿年前生命首次出现时，哪些金属可能被运送到地球表面。这项研究不仅对发现生命起源有重要意义，而且对寻找其他星球上的生命也有重要意义。
大约40亿年前，地球上以微生物的形式出现了生命的第一个迹象。虽然科学家们仍在确定这些微生物出现的确切时间和方式，但很明显，生命的出现与早期地球的化学和物理特征交织在一起。
罗彻斯特大学地球与环境科学副教授Dustin Trail说:“如果我们星球的早期化学特征不同，那么生命的起源可能不同，或者根本不存在，这种怀疑是合理的。”
但数十亿年前的地球是什么样子的，哪些特征可能有助于生命的形成?在《Science》杂志上发表的一篇论文中，特雷和科罗拉多大学博尔德分校的研究助理Thomas McCollom揭示了寻找答案的关键信息。这项研究不仅对发现生命起源有重要意义，而且对寻找其他星球上的生命也有重要意义。
“我们现在正处于一个激动人心的时刻，人类正在其他行星和卫星以及其他行星系统中寻找生命，”Trail说。“但我们仍然不知道生命是如何——甚至是何时——在我们自己的星球上开始的。像我们这样的研究有助于确定可能支持生命出现的特定条件和化学途径，这项工作肯定会在我们的星球之外寻找生命中发挥重要作用。”
对生命及其起源的研究通常涉及多种学科，包括基因组学，对基因及其功能的研究;蛋白质组学，研究蛋白质的学科;还有一个新兴的领域，金属组学，它探索金属在细胞功能中的重要作用。随着生命的进化，对某些金属的需求发生了变化，但Trail等人想要确定数十亿年前微生物首次出现时可能存在哪些金属。
“当对不同的生命起源场景提出假设时，科学家们通常假设所有的金属都是可用的，因为没有研究对地球历史早期流体中的金属浓度提供地质上强有力的限制，”Trail说。
为了解决这个缺点，Trail和McCollom研究了数十亿年前岩石圈(地球的外层，包括地壳和上地幔)中流体的组成和特征。这些岩石圈流体是将岩石和矿物质的溶解部分在地球内部和可能形成微生物生命的外部热液池之间运输的关键途径。虽然研究人员不能直接测量数十亿年前存在的金属，但通过确定流体的性质，他们可以推断出在地球上出现生命的时候，哪些金属以及金属的浓度可能在地球内外之间运输。
10亿年前的岩石和矿物通常是有关地球最早历史的唯一直接信息来源。这是因为岩石和矿物在形成时锁定了有关地球成分的信息。
研究人员进行了高压、高温实验，并将这些结果应用到早期地球锆石上，以确定数十亿年前岩石圈流体的氧压力、氯含量和温度。锆石是在澳大利亚西部收集的一种坚固的矿物。然后他们将这些信息输入计算机模型。这些模型使他们能够模拟岩石圈流体的性质，进而模拟哪些金属可能通过流体到达地球表面的热液池。
研究人员对模型模拟显示的结果感到惊讶。例如，许多生命起源研究人员认为铜可能是导致生命的化学成分。但是Trail和McCollom并没有发现在他们分析的限制条件下铜含量丰富的证据。他们测试的一种可能高浓度存在的金属是锰。虽然锰很少被认为是生命的起源，但如今锰有助于人体骨骼的形成，并帮助酶分解碳水化合物和胆固醇。
Trail说:“我们的研究表明，像锰这样的金属可能是‘固体’地球和地球表面新兴生物系统之间的重要纽带。”
这项研究将帮助研究生命起源的科学家在他们的实验和模型中输入更多具体的数据。“考虑到这些信息而设计的实验将有助于更好地理解生命的起源。”
Relatively oxidized fluids fed Earth’s earliest hydrothermal systems
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